Dlaczego liście lotosu pozostają czyste?
Czasem zanim jakieś odkrycie naukowe zainteresuje cały świat i skutecznie zawładnie wyobraźnią wszystkich, musi zostać określone chwytliwym i marketingowym terminem. Przykładem może być „efekt lotosu”, czyli termin wykorzystywany do opisywania wyjątkowych właściwości samoczyszczących liścia lotosu, który przyczynił się w walny sposób do popularyzacji szeregu produktów. Jednak jak z przekąsem stwierdza nasz ekspert Nico Bruns, „pojęcie «efektu lotosu» można równie dobrze zastąpić «efektem kapusty»”. Jak wyjaśnia Bruns, który zawodowo jest profesorem zajmującym się zrównoważonymi materiałami funkcjonalnymi na Uniwersytecie Technicznym w Darmstadt w Niemczech: „Przytoczony termin opisuje zjawisko, które występuje w przypadku wielu gatunków roślin”. Po nałożeniu wody na powierzchnie hydrofilowe – przyciągające wodę – powstaje na nich cienka warstwa wody. W przypadku materiałów i powłok hydrofobowych woda utrzymuje się na powierzchni, jednak nie oznacza to, że tworzy krople. Takie zjawisko występuje wyłącznie w przypadku powierzchni superhydrofobowych, na przykład na liściach lotosu. W ich przypadku woda tworzy krople, które natychmiast spływają. „Wosk wydzielany przez nabłonek – zewnętrzną warstwę liścia lotosu – tworzy superhydrofobową powierzchnię”, wyjaśnia Bruns. „Przyjrzenie się liściowi przez mikroskop ujawnia, że na jego powierzchni znajdują się kolce utworzone z komórek nabłonka. Na niej znajdują się niewielkie kryształki wosku, które zapewniają jeszcze większą chropowatość”. To właśnie takie połączenie cech powierzchniowych sprawia, że liście lotosu są tak wyjątkowe – spływająca woda zbiera kurz i inne zanieczyszczenia, czyszcząc jego powierzchnię po drodze.
Zastosowania efektu lotosu
„Po odkryciu tych interesujących właściwości naukowcy wykonali bardzo dobry ruch, nazywając to działanie «efektem lotosu»”, dodaje Bruns. „Lotos jest rośliną, która kojarzy się z czystością, w szczególności na terenie Azji. Obecnie na rynkach można bez większych trudności znaleźć produkty takie jak farba samoczyszcząca wykorzystująca efekt lotosu, której powierzchnia przypomina strukturę powierzchni liścia. Według zapewnień producentów takie rozwiązanie pozwala na czyszczenie elewacji domu w czasie opadów deszczu”. Nie jest to jedyny produkt na rynku, który opiera się na tym rozwiązaniu. Producenci szyb samoczyszczących czy okien samochodowych także postanowili wykorzystać tę koncepcję. Superhydrofobowe powierzchnie z czasem ulegają zużyciu. Nie jest to problem dla rośliny, która zawsze może wypuścić nowe liście, jednak w przypadku szyby przedniej samochodu sytuacja wygląda zupełnie inaczej.
Poznawanie liści
Profesor Bruns uważa, że dynamiczne i złożone zachowanie roślin może wciąż stanowić dla nas cenne źródło wiedzy. Z tego powodu w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu PlaMatSu wraz ze współpracownikami przyglądał się bliżej nabłonkowi roślinnemu. „Nie da się nie zauważyć, że to bardzo ciekawa tkanka”, wyjaśnia. „To zewnętrzna warstwa liścia, jednak w rzeczywistości tworzą ją komórki znajdujące się poniżej. Komórki te wydzielają mieszaninę wosków, węglowodanów i białek, które pokrywają ich powierzchnię. Skutkiem jest powstawanie nabłonka”. Naukowcy skupieni wokół projektu zauważyli, że nabłonki charakteryzują się zróżnicowanymi kształtami i strukturami, na przykład mogą być pomarszczone, płaskie lub kolczaste. Zróżnicowane struktury na powierzchniach mogą utrudniać owadom przyczepienie się do liści w celu zdobycia pożywienia. Zespół projektu PlaMatSu próbował opracować syntetyczny materiał, który będzie mógł być nakładany na różne powierzchnie w celu zapewnienia zbliżonej ochrony. „W niektórych przypadkach komórki nabłonka zawierają także struktury zapewniające kolor”, dodaje Bruns. „W praktyce oznacza to, że pewne efekty kolorystyczne nie powstają dzięki barwnikom – wynikają po prostu ze struktury samej w sobie. Najlepszym tego przykładem jest kolor niektórych skrzydeł motyli, jednak to samo zjawisko można zaobserwować w przypadku niektórych roślin”. Zainspirowani tym faktem członkowie zespołu projektowego opracowali oparty na celulozie materiał do produkcji kolorowych folii strukturalnych, który może być wytwarzany w dużych ilościach. Jak uważa Bruns, nowatorski materiał może zostać wykorzystany do wytwarzania w pełni rozkładającego się brokatu bez zawartości tworzyw sztucznych. I jak tu nie uznać, że samoczyszczące się powierzchnie są wspaniałe? Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o badaniach prowadzonych przez Nico Brunsa: Nowe egzotyczne materiały inspirowane roślinami
Słowa kluczowe
PlaMatSu, rośliny, liście, lotos, nabłonek, hydrofilowe, hydrofobowe, celuloza